3-RRR平面并联机器人位姿的方向可操作性

基于速度雅克比矩阵,定义3-RRR平面并联机器人机构速度和力的方向可操作度,以此作为评价指标,度量机器人在给定位形条件下速度和力的传递性能.结果表明,3-RRR平面并联机器人机构在操作空间内同一位置,有8种位形满足要求,且不同位形的传速和传力性能不同.对任一确定位形,传速性能强(弱)的方向上表现出传力性能弱(强).     

仿袋鼠跳跃机器人运动和力传递性能研究

在仿袋鼠机器人机构模型的基础上,建立了跳跃过程着地阶段的运动学方程;通过关节空间与操作空间速度的变换关系,定义仿袋鼠机器人跳跃运动速度和力方向可操作度;以速度和力方向可操作度为性能指标,度量仿袋鼠跳跃机器人在操作空间中的运动和力传递性能,解释了袋鼠起跳瞬间小腿与地面垂直是为了保证有足够的运动和力传递的灵活性。     

3-CU^并联机构运动和力传递性能分析

以空间三自由度平移3-CU^并联机器人机构为研究对象,基于速度雅克比矩阵,定义速度和力方向的可操作度,度量机构在给定位形条件下沿不同方位速度和力的传递性能;以雅克比矩阵条件数,度量机构在给定位形条件下速度和力传递的各向同性。研究表明,速度和力方向可操作度可直观度量机构沿不同方位的传速传力性能,同时可方便地确定最佳传速传力方位;传速性能最优的方位,传力性能最差,动平台沿垂直方位运动时传速性能优于传力性能,沿水平方位运动时传力性能优于传速性能;各向同性分析表明,当机构沿轴方位运动时,各向同性优于其他方位,改变定长支链的长度影响各项同性指标的变化,动平台外接圆半径变化对机构各项同性无影响。研究结论对3-CU^并联机器人运动规划具有明确的物理意义。     

3-CU^并联机构运动和力传递性能分析

以空间三自由度平移3-CU^并联机器人机构为研究对象,基于速度雅克比矩阵,定义速度和力方向的可操作度,度量机构在给定位形条件下沿不同方位速度和力的传递性能;以雅克比矩阵条件数,度量机构在给定位形条件下速度和力传递的各向同性。研究表明,速度和力方向可操作度可直观度量机构沿不同方位的传速传力性能,同时可方便地确定最佳传速传力方位;传速性能最优的方位,传力性能最差,动平台沿垂直方位运动时传速性能优于传力性能,沿水平方位运动时传力性能优于传速性能;各向同性分析表明,当机构沿轴方位运动时,各向同性优于其他方位,改变定长支链的长度影响各项同性指标的变化,动平台外接圆半径变化对机构各项同性无影响。研究结论对3-CU^并联机器人运动规划具有明确的物理意义。     

4-PRPaR并联机构尺度参数多目标优化

以三移动一转动4-PRPaR并联机构为研究对象,采用进化多目标算法求解机构尺度综合问题.应用约束旋量理论分析机构自由度,给出了机构位置逆解解析表达式,为机构性能分析奠定基础.建立机构运动和力传递性能评价指标,给出了规则有效传递工作空间(Regular effective trans?mission workspace,...     

3-(2SPS)并联机构力传递分析

提出了一种新型三自由度并联机构,通过矢量力学方法和虚功原理建立了机构的静力输入输出数学模型,得到机构的输入力与输出力之间的关系.定义了力、力矩传递性能评价指标及全域性能评价指标,分析了机构参数与评价指标之间的关系.     

六足步行机器人的并联机械腿设计

将并联机构用于六足步行机器人的腿部结构,以拓展六足步行机器人的应用领域.提出了一种基于(U+UPR)P+ UPS机构的并联机械腿,并对机械腿进行了结构参数设计.首先,对腿部机构进行了运动学分析,推导出了腿部机构的位置反解方程和速度传递方程;分析了腿部机构的工作空间并绘制了工作空间三维图,定义了工作空间性能评价指标,绘制了结构参数与工作空间性能指标的关系曲线.然后,对腿部机构进行了运动灵活性分析并绘制了雅克比矩阵条件数分布图,定义了运动灵活性评价指标,绘制了结构参数与运动灵活性指标的关系曲线.最后,基于工作空间性能指标和运动灵活性指标,采用蒙特卡罗法进行了结构参数分析,选取了一组性能较好的结构参数并考虑加工和装配工艺性,设计了一种新型3自由度并联机械腿的虚拟样机,为六足步行机器人的进一步研究奠定了基础.     

并联机构中运动/力传递功率最大值的评价

并联机构的本质作用之一是在机构的输入端和输出端之间传递运动和力。对并联机构的性能分析需要从该本质功能出发,考虑机构运动和力的传递特性。在螺旋理论中,当运动旋量和力旋量进行互易积运算时,其结果表示该力在运动方向上的瞬时传递功率。结合能效系数法,可将瞬时传递功率和可能的最大传递功率之比定义相关的评价指标,用以分析并联机构的运动/力传递特性。该指标能否实用的关键问题之一是如何理解和求解可能的传递功率的最大值。根据并联机构中可能存在的不同形式的运动旋量和力旋量的组合,将功率最大值的求解问题分为五种情况,对每种情况的计算模型进行详细的推导与解释,尤其是当刚体的力和运动均为浮动的旋量(力旋量/运动旋量)时,提出改进后的特征点法,建立有效的求解模型。此外,以三个常见的并联机构为例,对机构中运动/力传递功率的最大值进行求解,以进一步说明所提计算模型的合理性和实用性。     

3-（2SPS）并联机构力传递分析

提出了一种新型三自由度并联机构,通过矢量力学方法和虚功原理建立了机构的静力输入输出数学模型,得到机构的输入力与输出力之间的关系。定义了力、力矩传递性能评价指标及全域性能评价指标,分析了机构参数与评价指标之间的关系。     

基于正交机构的机器人肩关节静力学分析与结构参数设计

为了增大机器人肩关节的工作空间和承载能力,改善机器人肩关节的通用性与适应性,提出一种基于3-RRR正交球面并联机构的新型机器人肩关节,并对机器人肩关节进行了静力学分析和结构参数设计.首先,应用虚功原理建立机器人肩关节的静力学传递方程;其次,利用矩阵理论中的范数知识,将力雅克比矩阵引入静力学性能评价指标中,定义了机器人肩...     

双臂机器人机构速度和力方向可操作度研究

在机构速度、力可操作椭球基础上，定义了双臂机器人机构速度和力方向可操作度，以方向可操作度为目标函数，给出了机构最佳传速、最佳传力方向和最佳操作位形的优化方法，结果显示双臂机构的传力性能优于单臂机构。     

高运动/力传递性能移动并联机构分析*

基于螺旋理论求解移动并联机构在单个分支驱动下的分支传递力螺旋和机构输出运动螺旋,给出机构分支在不同位姿下传递功率恒定及其实现最大功率传递的条件。通过分析移动并联3-CPU机构的运动/力传递性能,给出分支将输入功率全部转化为动平台输出功率,即运动/力传递性最大时的主动副配置方式。在此基础上,对移动并联3-PRPU机构进行运动/力传递性能分析,总结其结构参数对分支传递功率的影响规律,得到了其传递性最大时的参数设置。所做工作为分析与综合具有高传递能力的并联机构提供了理论参考。     

工业机械手视觉/力混合控制方案研究

对于未标定刚性环境,给出一种基于位置的视觉/力混合控制策略,实现对机械手的运动控制。在视觉引导下,机械手的末端寻找并稳定接触目标物体;当接触完全建立后,采用视觉和力同时控制机械手的运动。在任务空间内,基于边缘的刚体跟踪器把动态过程中的线性动态误差提供给局部稳定的观测器。实验和仿真结果证明了该方法的有效性。     

一类新的冗余度机器人关节运动优化方法

针对冗余度机器人机构的关节运动优化进行研究.在机器人力可操作椭球及方向可操作度的基础上,定义冗余度机器人力方向可操作度,以力方向可操作度为性能指标,给出了冗余度机器人关节运动优化的一种新方法.与基于伪逆的优化结果比较,本文优化使得机器人力方向可操作度达到期望值的时间明显减少,在给定方向上力的传递性能得到改善,且能避免奇异.     

一种正交并联机器人的灵巧度指标及其分布

并联机器人的灵巧度是衡量输入与输出运动 (力 )之间传递精度的重要指标 ,研究灵巧度在工作空间内的分布规律 ,对并联机器人的任务规划和控制意义重大。基于力Jacobian矩阵和Jacobian矩阵 ,提出新型 6 -SPS正交并联三维平台机器人机构的灵巧度指标 ,给出这些指标在工作空间内的分布情况 ,为该种三维平台机器人机构的进一步研究和实用化提供理论基础     

Steering control algorithm for efficient drive of a mobile robot with steerable omni-directional wheels

Omnidirectional mobile robots are capable of arbitrary motion in an arbitrary direction without changing the direction of wheels because they can perform 3-DOF motions on a plane. This paper presents a novel mobile robot design with steerable omnidirectional wheels. This robot can operate in either omnidirectional or differential drive modes, depending on the drive conditions. In the omnidirectional mode, the robot has 3 DOF in motion and 1 DOF in steering, which can function as a continuously variable transmission (CVT). The CVT function can be used to enhance the efficiency of the robot operation by increasing the range of the velocity ratio of the robot velocity to wheel velocity. The structure and kinematics of this robot are presented in detail. In the proposed steering control algorithm, the steering angle is controlled such that the motors may operate in the region of high velocity and low torque, thus operating with maximum efficiency. Various tests demonstrate that the motion control of the proposed robot works satisfactorily and the proposed steering control algorithm for CVT can provide a higher efficiency than the algorithm using a fixed steering angle. In addition, it is shown that the differential drive mode can give better efficiency than the omnidirectionaldrive mode.     

下肢外骨骼伺服电机驱动控制方案设计

介绍了可穿戴式下肢外骨骼运动总体控制方案。针对人体髋关节和膝关节运动机理,采用了盘式伺服电机驱动二自由度下肢外骨骼模拟人体下肢摆腿运动控制技术来提高关节运动的响应性能,同时利用4个三维力传感器分别测量人大腿和小腿与外骨骼相互作用力,可用于外骨骼“人主机辅”控制模式算法设计中。在外骨骼2个关节处利用编码器获得关节角度、角速度信息既可用于外骨骼拉格朗日模型参数辨识,也可以作为反馈控制信号用于外骨骼“机主人辅”控制模式中。下位机采用LabVIEW驱动NI主控器实现信号传输与控制,上位机采用MATLAB/Simulink环境设计反馈控制算法与下位机进行实时通信,保证可穿戴式下肢外骨骼能够完成两种运动控制模式的目标,同时提高试穿员的可穿戴舒适性。     

3-DOF索杆桁架式欠驱动机械手运动控制

索杆桁架式机械手是将绳轮传动系统和平行四边形机构结合而提出的一种新型欠驱动机械手。绳索驱动力同时驱动手指关节耦合运动,而手指关节运动又会直接改变绳拉力在各指节单元的驱动力分布,导致索杆桁架式欠驱动系统具有强非线性和运动耦合特点。针对该问题,利用虚功原理,将绳轮传动系统等效为耦合的关节驱动力矩,并建立3-DOF手指准静态运动学模型。根据手指最大运动空间约束条件,确定关节弹簧配置分布并开展手指准静态运动空间分析。采用拉格朗日方程法建立手指一般动力学方程,并转换为"A-P"型等效动力学模型。在此基础上,开展预变形阶段运动控制研究。通过仿真分析和样机试验验证所提分析方法和运动控制策略的有效性。     

架空高压输电线自动爬行机器人的研制

研制了一台沿架空高压输电导线自动爬行和跨越障碍物的机器人。机器人的承重行走采用伞形轮来实现，伞形轮的越障运动由槽凸轮机构控制。机器人的爬行运动采用行程放大机构和抓握机构来实现，爬行的协调运动和抓紧力的自适应控制由集成电液伺服系统实现。机器人可携载检测和通信设备，对输电线路进行巡检作业。